マルチボディシステムのダイナミクスをシミュレートする
COMSOL Multiphysics® ソフトウェアのアドオンであるマルチボディダイナミクスモジュールには, 有限要素解析 (FEA) を使用して2D および3D マルチボディシステムの設計および最適化を行うための高度なツール一式が用意されています. このモジュールには, 柔軟体と剛体の混合系をシミュレーションして, 計算量を節約しながら系内の重要な部品を見つける機能があります. これにより, 自動車工学, 航空宇宙工学, バイオメカニクスなどの主要な応用分野で, より詳細な部品レベルの構造解析を実行することができます.
このモジュールには, 音響-構造, 固体-軸受, および流体とマルチボディの相互作用を含むマルチフィジックスカップリングが組み込まれています. COMSOL® ソフトウェアのマルチフィジックス機能により, マルチボディダイナミクスを, 高度な伝熱, 流体流れ, 音響, 電磁気学など, 他の物理効果と組み合わせることが可能になります. さらに, 非線形構造材料や CAD インポート機能など, モデリングを拡張することができます.
COMSOL へお問い合わせ
マルチボディシステムをモデリングする場合, 柔軟体と剛体は様々なタイプのジョイント, ギア, カム, 軸受, スプリング, ダンパーなどを使って接続され, 大きな変位や回転が与えられます. マルチボディダイナミクスモジュールを使用する利点の1つは, 剛体と柔軟なパーツを簡単に混ぜることができることです.
一般に, マルチボディシミュレーションの部品のすべてまたは大部分は剛体であるため, 剛体の自由度だけで表現されます. しかし, 時には1つまたはいくつかのパーツを柔軟体として表現したい場合があります. このモジュールで使用できる材料モデルを使用すれば, 剛体と柔軟性のある部品を選択的にモデルに割り当てることができ, 非線形材料の影響を含む詳細な構造解析を実行することができます. マルチボディダイナミクスモジュールは, 例えば, 構造物の剛性部品の接合部に発生する力や, 柔軟な部品に発生する応力を計算するのに使用できます.
マルチボディダイナミクスモジュールは, 互いに並進運動と回転運動の組み合わせを行う部品の静的および動的な挙動をモデル化するために使用することができます. 動的モデルでは, 以下のような様々なタイプの解析を行うことができます:
このモジュールは, 例えばギアやチェーンなどのトランスミッション部品のダイナミクスをシミュレーションするために使用することができます. マルチボディ解析の結果は, 疲労評価やシステムが発する音を見つける音響解析など, 他の種類の解析に使用することができます.
計算できる量の例としては, 変位, 速度, 加速度, ジョイント力, ギアの接触力, そして柔軟な部品では応力などがあります. また, 剛体間の摩擦接触もモデル化でき, 標準的なメッシュベースの接触と比較して, よりロバストかつ高速に計算できます.
COMSOL® ソフトウェアでマルチボディシステムの設計および最適化のためのツールを検索します.
マルチボディダイナミクス解析を行う場合, モデリングプロセスのすべてのステップに COMSOL Multiphysics® 環境内でアクセスできます. マルチボディダイナミクスモジュールで最も重要なツールの1つは, 内蔵のマルチボディダイナミクスインターフェースで, 柔軟な部品, 硬い部品, またはその両方を組み合わせたアセンブリのモデリングに使用します. 様々なタイプのジョイント, ギア, チェーンスプロケットアセンブリ, カムフォロワー機構をモデリングすることができます. パーツライブラリは, 部品の形状を構築するのに役立ちます. メッシュとソルバーの設定はソフトウェアによって自動的に処理されますが, 手動で編集することも可能です.
集中力学系インターフェースは, 質量やバネなどの集中部品を用いた回路表現により, 抽象的な力学系をモデル化するために利用できます. 集中定数部品は, 変位, 速度, 加速度, 力を解析するために直列または並列に配置することができます.
集中構造接続マルチフィジックスカップリングを使用すると, 構造力学フィジックスインターフェースを使用して構築した有限要素 (FE) モデルに, これらのシステムを挿入することができます.
一般的なチェーンドライブは, 2つ以上のスプロケットにチェーンを巻き付けたアセンブリで, 機械的な力を1つのシャフトから別のシャフトに伝達します. マルチボディダイナミクスインターフェースのチェーン機能を使用すると, ローラーチェーンスプロケットアセンブリを2D または3D でモデリングすることができます. この機能は, チェーンドライブアセンブリ内の相互作用を判断し, アセンブリの挙動を記述するために使用されるマルチボディダイナミクスフィーチャのセットを自動的に生成します.
ローラー軸受は, 騒音が重要視されない低速の用途によく使われます. これらの軸受は, 特にミスアライメントが発生した場合, 寿命が制限されますが, 低コストであるため, 簡単に交換することができます.
マルチボディダイナミクスモジュールは, ローターダイナミクスモジュールとともに, 以下の異なるタイプの定義済みラジアルローラー軸受を3D で提供します:
カムフォロワー接続機能は, カムとそのフォロワーの間に双方向の拘束を適用することによって, 簡略化された接触をモデル化するために使用されます. カムフォロワーシステムは, 点によって追従される境界またはエッジのセットを通して定義されます. カムは, 弾性体だけでなく剛体にも定義することができます. したがって, カムの境界またはエッジは, あらゆる種類の剛体運動または変形を受けることができます.
このツールでは, ユーザーが定義した任意のカムプロファイルをジオメトリモデルとして描画し, 変位, 速度, 加速度曲線でフォロワー運動を計算することができます. また, 接触点における接続力を計算することも可能であるため, 接続力の符号を見ることで, カムおよびフォロワーの断続的な接触を予測することができます.
マルチボディダイナミクスモジュールでは, Craig–Bampton 法を用いて, 線形成分を計算効率の高い低次モデルに縮小することができます. このような部品は, 縮小した部品のみからなるモデルや, 縮小していない弾性 FE モデル (後者は非線形) と共に使用することが可能です. このアプローチは, コンポーネントモード合成または動的サブストラクチャリングと呼ばれ, 計算時間とメモリ使用量の点で大きな改善をもたらすことができます.
現実的なマルチボディダイナミクスシステムを設計するために, このモジュールにはあらかじめ定義されたジョイントのコレクションが含まれています. 相互接続された複数の部品間の相対的な運動は, ジョイントのタイプに応じて制約されます. 以下のジョイントタイプが利用可能です:
ジョイントには, 弾性, 摩擦, 拘束 (最大動作の許可), ロックなどの特性を追加で適用することができます.
多くの可動部を持つトランスミッションシステムのモデルを簡単かつ堅牢に作成するために, 定義済みのギアとラックのコレクションが含まれています. 歯車と歯が正しく噛み合っているかという比較基準を自動的にチェックすることで, 正しい歯車ペアを特定するのに役立っています. 歯車は, 剛体またはフレキシブルシャフトに直接, またはヒンジやブッシングを使用して取り付けることができます.
伝達系モデルをより正確で現実的なものにするために, 歯車対に弾性, 伝達誤差, バックラッシュ, 摩擦を追加で含めることができます. 歯車とラックの種類は以下の通りです:
剛体間の機械的接触をモデル化するために, 標準的な形状の剛体間のメッシュレス接触をモデル化する剛体接触機能が用意されています. 接触元と接触先の形状により, 異なるタイプの定式化が可能です:
剛体接触に関する定式化に加え, 少なくとも一方が柔軟な2つの物体間の分布接触に関する一般的な定式化が利用できます.
流体軸受のマルチボディ解析を行うには, ローターダイナミクスモジュールの流体軸受インターフェースとのカップリングが必要です. このインターフェースは, 表面形状を使用して効率的にモデル化された, 3D の流体膜軸受の解析を目的としています. マルチボディダイナミクスインターフェースと流体軸受インターフェースの両方がモデルに存在する場合, 固体軸受カップリングのマルチフィジックスカップリングが利用でき, マルチボディシステムで以下のジャーナル軸受をモデル化することが可能です:
マルチボディダイナミクスモジュールには, さまざまなタイプの歯車を作成するための形状ライブラリが組み込まれており, 2D および3D で利用することができます. 歯車, 単一歯車, 2枚歯車, 歯車列の作成に使用することができます. すべての歯車形状はパラメーター化されており, 入力パラメーターを変化させることで, 歯車歯や歯車ブランクの形状をカスタマイズすることができます. 無効な形状を作成しないように, 入力パラメーターの値が一致しているかどうかを確認する機能があります.
歯車の機能は純粋な数学的記述であるため, 幾何学的な部分は主に可視化の目的で使用されます. しかし, 詳細な FE モデルに使用することも可能です. 同様に, スプロケットとローラーチェーンのパラメーター化されたパーツも用意されています.
同じソフトウェア環境内で, 2つ以上の物理的な相互作用を簡単に組み合わせることができます.
マルチボディ解析により, 音響振動や騒音を計算します.1
磁力や誘導電流の影響下での剛体ダイナミクスのシミュレーション.2
摩擦熱と熱膨張の解析.3
軸受シミュレーションとマルチボディシミュレーションを組み合わせます.4
マルチボディダイナミクスのモデルを一般的な構造力学で補強し, 梁, シェル, 非線形材料などをモデル化します.5
2D および3D で電磁効果や振動をシミュレートすることができます.2
流体と剛体または変形可能な固体が互いに影響しあう現象をモデル化したもの.
重要な柔軟体の疲労解析を実施.6
どのビジネスもシミュレーションニーズもそれぞれ違います. COMSOL Multiphysics® ソフトウェアがお客様のご要望を満たすかどうかをきちんと評価するために, 我々にご連絡ください. 我々のセールス担当と話をすれば各個人に向いたお勧めや, しっかり文書化されたモデルなどをお送りすることができ, 最大限の評価結果を引き出すことができます. 最終的にどのライセンスオプションがあなたの要望にとって最適かを選択することができます.
"COMSOL へコンタクト" ボタンを押し, あなたの連絡先詳細と特別なコメントや質問があればそれを記入して, 送信していただくだけで済みます. 1営業日以内に我々のセールス担当者から返事が届きます.
ソフトウェアデモをリクエスト